一种稠环中氮茚化合物及其合成方法和应用
一种稠环中氮茚化合物及其合成方法和应用
本文介绍了一种新型稠环中氮茚化合物的合成方法及其在荧光探针领域的应用。该方法通过简单的反应条件和高产率，为开发芳香多炔苯共轭单链大分子有机材料提供了新的途径。
本发明属于有机化合物领域，具体涉及一种稠环中氮茚化合物及其合成方法和应用，其优良的荧光性质能够在hela细胞和a549细胞探针方面的应用。
背景技术
中氮茚(indolizine)是一种有机化合物，分子式为C8H7N，它是一种白色固体，具有较高的化学稳定性和热稳定性，广泛存在于多种动植物中。其分子结构由三个氮原子和六个氢原子组成，呈环状结构。中氮茚在常温下稳定，不易挥发，对热和酸碱具有一定的稳定性，且水中的溶解度较低，但在有机溶剂中溶解性较好。此外，中氮茚具有较强的化学反应性，可与多种物质发生反应，如亲电取代、加成反应等。
中氮茚及其衍生物广泛应用于化工领域，是制造合成纤维、塑料和涂料等的重要原料，此外，它还用于制备农药、医药等产品。常见中氮茚类化合物有苦马豆素、栗精胺、喜树碱、片螺素等天然产物，以及拓扑替康等合成药物，具有抗癌、抗病毒、抗真菌、抗高血压等活性。
中氮茚及其衍生物应用于农药领域，具有很高的杀虫、杀菌和除草活性。并且中氮茚类化合物具有良好的荧光性能，可用于制备荧光材料，如荧光染料、荧光探针等。中氮茚还可作为高分子材料的单体，如聚酰胺、聚酯等。在有机合成反应中，中氮茚作为有机合成中间体，可用于合成其他有机化合物，如合成药物、香料等。
从19世纪末至今，中氮茚化合物的发展十分迅速，种类从原来的为数几种发展到现在的近百种，它们在作为功能分子方面的巨大潜力引起了超分子化学家和材料学家的极大关注和重视。
关于中氮茚及其衍生物的合成方法层出不穷，比较经典的有scholtz缩合法、tschitschibabin缩合法、knoevenagel缩合法、偶极环化法和baylis-hillman反应合成中氮茚化合物，但是在这些传统的合成方法中，大多需要用到金属催化剂以及一些添加试剂，且产率不高。因此探索高价值的中氮茚及其衍生物的合成研究具有重要的科研意义。
技术实现思路
本发明的目的在于提供一种稠环中氮茚化合物及其合成方法，将2-(三甲基硅基乙炔基)吡啶与四炔类化合物在有机溶剂中反应，即可获得稠环中氮茚化合物，反应简单，原料简单，且产率高，达到85％以上。为开发芳香多炔苯共轭单链大分子有机材料提供了一种全新的途径。
本发明还有一个目的在于提供一种稠环中氮茚化合物的应用，作为生物探针的使用。
本发明具体技术方案如下：
一种稠环中氮茚化合物的合成方法，具体为：将2-(三甲基硅基乙炔基)吡啶与四炔类化合物在有机溶剂中，加热反应，反应结束后分离纯化，得到稠环中氮茚化合物。
所述四炔类化合物与2-(三甲基硅基乙炔基)吡啶的物质的量的比为1-1.2:1；
所述四炔类化合物的结构式为：
其中E1和E2相同，为CO2R，R为直链烷基、支链烷基、饱和烃类、不饱和烃类或芳香烃类基团；R1为氢、六个碳以内的直链烷基、支链烷基、酯基、烷氧基或卤素；
所述2-(三甲基硅基乙炔基)吡啶的结构式为：
所述2-(三甲基硅基乙炔基)吡啶在有机溶剂中浓度为0.20-0.25mol/L；
所述有机溶剂为甲苯或氯苯；
所述加热反应具体为：115℃-120℃下反应2-3小时；
稠环中氮茚化合物的合成方法中，所述分离纯化方法为：将粗产物用饱和氯化钠水溶液洗涤，用乙酸乙酯萃取，减压旋干，湿法装柱，用体积比为4:2-1的乙酸乙酯：石油醚为洗脱剂进行柱层析分离纯化柱层析分离，重结晶后得到橙红色色粉末状固体，即稠环中氮茚化合物；洗脱剂优选为体积比为2:1的乙酸乙酯:石油醚。
所述四炔类化合物的制备方法为：
1)将丙二酸酯与炔丙基溴加入到无水乙腈中冰水浴，以氢化钠为碱，冰水浴条件下反应，然后纯化分离，即化合物1；
2)将步骤1)中制备的化合物1与苯乙炔基溴或取代的苯乙炔基溴混合在CuCl的无水无氧催化体系中，加入正丁胺水溶液和盐酸羟胺，冰浴下搅拌反应，产物分离纯化，即得四炔类化合物。
进一步的，步骤1)中氢化钠、丙二酸酯、炔丙基溴与无水乙腈的摩尔比为4-5:1:2.1-2.4:20-23。
优选的，步骤1)中所述丙二酸酯选自丙二酸二乙酯或丙二酸二异丙酯。
步骤1)中冰水浴条件下反应温度在0-5℃；反应时间在8小时以上；优选的反应时间8.5h；
步骤1)中所述纯化分离具体为：产物加饱和氯化钠水溶液洗涤，用乙酸乙酯萃取，减压旋干，得到产物，即化合物1。
步骤1)中所述化合物1结构式为：其中E1和E2相同，为CO2R，R为直链烷基、支链烷基、饱和烃类、不饱和烃类或芳香烃类基团；
步骤2)中步骤1)中制备的化合物1、苯乙炔基溴或取代的苯乙炔基溴、CuCl和盐酸羟胺的摩尔比为1：2-2.5：0.15-0.16：0.07-0.08。
步骤2)中所述取代的苯乙炔基溴为4-氯-苯乙炔基溴或4-丙基-苯乙炔基溴；
步骤2)中所述正丁胺水溶液作溶剂，其质量浓度为30％；所述盐酸羟胺为碱，拔取二炔上的氢。
步骤2)中，化合物1与正丁胺水溶液的用量比为0.4-0.5mol/L；
步骤2)中，冰浴下搅拌反应，是指磁力搅拌反应时间至少12小时；
步骤2)中，所述分离纯化是指：产物用饱和氯化钠溶液洗涤，用二氯甲烷萃取，减压旋干，用体积比乙酸乙酯：石油醚＝1:60-80柱层析分离，得到白色固体产物，即四炔类化合物。
本发明提供的一种稠环中氮茚化合物，采用上述合成方法合成得到，所述稠环中氮茚化合物的结构式为：其中E1和E2相同，为CO2R,R为直链烷基、支链烷基、饱和烃类、不饱和烃类或芳香烃类基团，R1为氢、六个碳以内的直链烷基、支链烷基、酯基、烷氧基或卤素，优选的，R1＝H,P-Me,M-Me,P-F,P-Cl,M-Cl,P-Et,P-Pr。
优选的，所稠环中氮茚化合物的结构式为：
本发明中的反应机理如实施例1反应机理如图9a、9b所示，图9b中四炔类化合物1a高温下经历hdda反应生成苯炔中间体ina,2-(三甲基硅基乙炔基)吡啶结构中n原子的孤对电子再进攻苯炔中间体生成过渡态tsa，由于三甲基硅基的位阻效应以及环张力的影响，反应再经历分步[3+2]环加成反应形成过渡态tsb，随后，中间体inb中的烯基碳负离子进攻相邻的苯环，在氧气的参与下生成过渡态tsb。在电荷转移过程中，π-体系的形成伴随着o-o键的断裂以及c-o键和o-h键的形成。hosime3在相关化学键的成键和断键的过程中被移除，同时形成了inc。最终结构是通过分子内的双键迁移形成的。本发明提供的一种稠环中氮茚化合物的应用，作为荧光探针的应用，尤其是在hela细胞和a549细胞作为荧光探针的应用。
与现有技术相比，本发明提供了一种稠环中氮茚化合物的合成方法，通过hdda反应生成的苯炔中间体，与市售的2-(三甲基硅基乙炔基)吡啶进行自发的逐步[3+2]环加成。该模型克服了使用催化剂、原子经济性低、收率低、步骤长和合成结构多样性的限制，高效地构建了一种新型的融合吲哚嘧啶衍生物。它为吲哚嘧啶衍生物的构建提供了一个有效的平台，克服了传统方法合成多环融合中氮茚衍生物的缺点，为吡啶衍生物的构建提供了一个简单、环保和高效的平台。此外，相关性质实验表明，所得到的新型融合吲哚嘧啶衍生物在荧光材料和荧光探针方面具有潜在的应用价值。能够作为荧光探针的应用，尤其是在hela细胞和a549细胞作为细胞探针的应用。